JP3323928B2 - Plasma processing equipment - Google Patents

Plasma processing equipment

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JP3323928B2
JP3323928B2 JP24322497A JP24322497A JP3323928B2 JP 3323928 B2 JP3323928 B2 JP 3323928B2 JP 24322497 A JP24322497 A JP 24322497A JP 24322497 A JP24322497 A JP 24322497A JP 3323928 B2 JP3323928 B2 JP 3323928B2
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直彦 武田
克生 片山
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマを用いて
エッチング、アッシング、CVD等の処理を行うプラズ
マ処理装置に関する。
The present invention relates to a plasma processing apparatus for performing processes such as etching, ashing, and CVD using plasma.

【0002】[0002]

【従来の技術】プラズマ処理装置は、LSI、LCD等
の装置の製造において広く用いられており、反応性ガス
をプラズマ化してエッチング、アッシング、CVD等の
処理を行うものである。中でもプラズマを用いたドライ
エッチング技術は、LSI、LCD等の装置の製造にお
いて不可欠の基本技術となっている。
2. Description of the Related Art A plasma processing apparatus is widely used in the manufacture of devices such as LSIs and LCDs, and performs processes such as etching, ashing, and CVD by converting a reactive gas into plasma. Above all, dry etching technology using plasma has become an indispensable basic technology in manufacturing devices such as LSIs and LCDs.

【0003】近年、LSIに用いられるシリコンウエ
ハ、及びLCDに用いられるガラス基板は大型化する傾
向にあり、これに伴って大面積に均一なプラズマを発生
させることが一層求められている。また、ドライエッチ
ング技術、及び薄膜形成における埋め込み技術において
は、プラズマの発生とプラズマ中のイオンのエネルギと
を独立して制御することが重要である。
In recent years, silicon wafers used for LSIs and glass substrates used for LCDs have been increasing in size, and accordingly, it has been further required to generate uniform plasma over a large area. In the dry etching technique and the embedding technique for forming a thin film, it is important to independently control the generation of plasma and the energy of ions in the plasma.

【0004】そこで本出願人は、大面積に均一なプラズ
マを発生させ、しかもイオンのエネルギを制御すること
が可能なプラズマ処理装置を提案している(特開平5−
144773号公報)。この装置では、反応容器の天井部がマ
イクロ波透過性の誘電体板(以下、マイクロ波導入窓と
いう)で気密に封止されており、このマイクロ波導入窓
の上方にマイクロ波が伝搬する誘電体層が設けられてお
り、さらに試料台に高周波を印加する構成を有する。
Accordingly, the present applicant has proposed a plasma processing apparatus capable of generating uniform plasma over a large area and controlling the energy of ions (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. Hei.
No. 144773). In this apparatus, the ceiling of the reaction vessel is hermetically sealed with a microwave-transmitting dielectric plate (hereinafter, referred to as a microwave introduction window), and a dielectric material through which the microwave propagates above the microwave introduction window. A body layer is provided, and a configuration for applying a high frequency to the sample stage is provided.

【0005】このように構成された装置では、マイクロ
波が誘電体層に平面的に伝搬されるため、誘電体層とマ
イクロ波導入窓の面積を大きくした場合でも、反応容器
内の広い面積に均一なプラズマを容易に発生させること
ができる。また反応容器内の試料台に高周波を印加する
ことにより、試料台と接地部材(側壁)との間でプラズ
マを介して電気回路が形成され、試料表面にバイアス電
圧を発生させることができる。従って、マイクロ波によ
って発生したプラズマ中のイオンのエネルギを、このバ
イアス電圧によって制御することができる。以上より、
プラズマの発生と、プラズマ中のイオンのエネルギとを
独立に制御することが可能である。
[0005] In the device configured as described above, since the microwave is propagated in a plane to the dielectric layer, even if the area of the dielectric layer and the microwave introduction window is increased, the area of the reaction vessel becomes large. Uniform plasma can be easily generated. Further, by applying a high frequency to the sample stage in the reaction vessel, an electric circuit is formed between the sample stage and the ground member (side wall) via plasma, and a bias voltage can be generated on the sample surface. Therefore, the energy of ions in the plasma generated by the microwave can be controlled by the bias voltage. From the above,
It is possible to independently control the generation of plasma and the energy of ions in the plasma.

【0006】しかしながらこの装置を使用した場合、プ
ラズマ処理条件によっては、試料台に載置された試料の
表面に発生したバイアス電圧が不安定になることがあ
り、イオンのエネルギ制御が困難な場合がある。例えば
酸化膜(SiO2 膜)のエッチング時に再現性良くエッ
チングすることができなかったり、エッチングが進行せ
ずに逆に薄膜が形成されたりする場合がある。
However, when this apparatus is used, the bias voltage generated on the surface of the sample placed on the sample stage may become unstable depending on the plasma processing conditions, and it may be difficult to control the ion energy. is there. For example, when an oxide film (SiO 2 film) is etched, etching may not be performed with good reproducibility, or a thin film may be formed without progress of etching.

【0007】この対策として、本出願人はイオンのエネ
ルギをさらに安定して制御することが可能な装置を特開
平6−104098号公報にて提案している。図5は、このプ
ラズマ処理装置を示す模式的縦断面図である。この装置
では、マイクロ波導入窓14の反応室12側に電気的に接地
された対向電極21が試料台15に対向させて設けられてい
る。対向電極21はアルミニウム(Al)等の金属板からな
り、マイクロ波を反応室12内へ導入するためのマイクロ
波供給孔21a を有する。
As a countermeasure, the present applicant has proposed a device capable of controlling the energy of ions more stably in Japanese Patent Laid-Open No. 6-104098. FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view showing the plasma processing apparatus. In this apparatus, a counter electrode 21 that is electrically grounded is provided on the reaction chamber 12 side of the microwave introduction window 14 so as to face the sample table 15. The counter electrode 21 is made of a metal plate such as aluminum (Al) and has a microwave supply hole 21a for introducing a microwave into the reaction chamber 12.

【0008】図6は、同装置の反応容器11の側壁部分で
あるB部の拡大図である。対向電極21は反応容器11の側
壁部分を介して電気的に接地されている。また反応容器
11の側壁の上部及び内面側にヒータ31、27が設けられて
おり、対向電極21及び側壁を所定の温度に加熱するよう
になしてある。
FIG. 6 is an enlarged view of a portion B which is a side wall of the reaction vessel 11 of the apparatus. The counter electrode 21 is electrically grounded via the side wall of the reaction vessel 11. Also reaction vessel
Heaters 31, 27 are provided on the upper side and the inner side of the side wall of the eleventh side, so that the counter electrode 21 and the side wall are heated to a predetermined temperature.

【0009】この装置では対向電極21が設置されている
ことにより、試料台15に高周波を印加した際のプラズマ
ポテンシャルが安定化し、試料Sの表面に安定したバイ
アス電圧を生じさせることができる。その結果、プラズ
マ中のイオンのエネルギ制御が可能になり、エネルギが
適当であるイオンを試料Sの表面に照射することができ
る。
In this apparatus, since the counter electrode 21 is provided, the plasma potential when a high frequency is applied to the sample table 15 is stabilized, and a stable bias voltage can be generated on the surface of the sample S. As a result, the energy of the ions in the plasma can be controlled, and the ions having appropriate energy can be irradiated to the surface of the sample S.

【0010】種々のプラズマ処理において、反応容器11
の側壁を所定の温度に保持するよう制御することは非常
に重要な技術である。例えば上述したSiO2 膜のエッ
チングでは、プロセスガスとしてフルオロカーボン系
(Cx y )ガスを用いるが、マスクであるレジストと
の選択比を向上させるためには、レジスト(マスク)の
エッチングが抑制されるように、プラズマ中におけるプ
ロセスガスの分解によって生成された成膜種(堆積物)
を試料Sのレジスト(マスク)表面に集める必要があ
る。このときSiO2 膜の露出部分は、プロセスガスと
の反応により気化するので、成膜種(堆積物)は付着し
ない。このため試料台15を冷却して試料Sを冷却すると
共に、反応容器11の側壁を 150〜200 ℃程度に加熱する
温度制御が行われる。
In various plasma treatments, the reaction vessel 11
It is a very important technique to control the side wall of the substrate at a predetermined temperature. For example, in the above-described etching of the SiO 2 film, a fluorocarbon (C x F y ) gas is used as a process gas. However, in order to improve a selectivity with respect to a resist serving as a mask, etching of the resist (mask) is suppressed. As shown, the film species (deposit) generated by the decomposition of the process gas in the plasma
Must be collected on the resist (mask) surface of the sample S. At this time, since the exposed portion of the SiO 2 film is vaporized by the reaction with the process gas, the film-forming species (deposit) does not adhere. Therefore, the sample stage 15 is cooled to cool the sample S, and a temperature control for heating the side wall of the reaction vessel 11 to about 150 to 200 ° C. is performed.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】このような温度制御に
おいては、反応室12に面する反応容器11の側壁内面、特
にマイクロ波導入窓14に近い部分を高温に維持すること
が重要であるが、図5、6に示す装置においては、ヒー
タ27、31による熱が反応容器11の側壁全体に拡散する。
従って側壁内面を所定の温度に維持するには、反応容器
11の全体をある程度の温度まで上昇させる必要があり、
熱効率が悪い。また側壁の外面から熱が放出されて加熱
が不十分となることがある。ところが側壁の外面につい
ては、そのメンテナンスの点、及び安全性の点から高温
でないことが望ましい。
In such temperature control, it is important to keep the inner surface of the side wall of the reaction vessel 11 facing the reaction chamber 12, particularly the portion near the microwave introduction window 14, at a high temperature. 5 and 6, the heat generated by the heaters 27 and 31 is diffused to the entire side wall of the reaction vessel 11.
Therefore, to maintain the inner surface of the side wall at a predetermined temperature, the reaction vessel
It is necessary to raise the whole of 11 to a certain temperature,
Poor thermal efficiency. Further, heat may be released from the outer surface of the side wall, resulting in insufficient heating. However, it is desirable that the outer surface of the side wall is not at a high temperature in terms of maintenance and safety.

【0012】本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたも
のであり、側壁の内面と外面とを分離し、ヒータによる
熱の拡散を抑制すると共に、対向接地電極の接地性を確
実にすることが可能なプラズマ処理装置を提供すること
を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has an object to separate an inner surface and an outer surface of a side wall to suppress diffusion of heat by a heater and to ensure grounding of an opposite ground electrode. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus capable of performing the following.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
ヒータが側壁に内蔵された反応容器内に試料台が設置さ
れており、該試料台に高周波を印加することにより、前
記試料台上の試料表面にバイアス電圧を発生させた状態
で、該試料に対してプラズマ処理を行う装置において、
前記反応容器の側壁は、前記ヒータを内蔵し、周方向に
連続する導電材製の内側壁と、該内側壁の外側を間隙を
隔てて囲う外側壁とを含む二重構造をなしており、前記
外側壁と前記内側壁との間に介在させた断熱材と、一端
前記内側壁に接続されており、他端が前記外側壁を介
して接地されるべき導電体とを備えることを特徴とす
る。
According to the first aspect of the present invention,
A sample stage is installed in a reaction vessel in which a heater is built in the side wall, and a high frequency is applied to the sample stage to generate a bias voltage on the sample surface on the sample stage. On the other hand, in an apparatus that performs plasma processing,
Side wall of the reaction vessel, a built-in pre-Symbol heater, in the circumferential direction
A gap is formed between the continuous inner wall made of conductive material and the outer side of the inner wall.
And form a double structure including an outer wall surrounding separating the outer wall and the heat insulating material is interposed between the inner wall is connected to one end of said inner wall, the other end the outer A conductor to be grounded via a wall.

【0014】本発明においては、反応容器の側壁を、ヒ
ータを内蔵する内側壁とこの内側壁の外側を間隙を隔て
て囲う外側壁とにより構成し、これらの内側壁と外側壁
との間に断熱材を介在させて両側壁を熱的に分離して
ることにより、前記ヒータからの熱が外側壁へ拡散する
ことを抑制することができる。従って高温に維持される
べき内側壁の温度制御性が向上する。また内側壁が導電
体及び外側壁を介して接地されるので、外側壁と内側壁
とが熱的に分離されている場合でも、マイクロ波導入窓
の内側に試料台と対向するように配設された対向電極と
共に、内側壁を接地電極として機能させることができ
る。接地面積が充分確保されていることにより、ハイパ
ワー条件でプラズマ処理を行った場合でも、対向電極及
び内側壁が受けるダメージを低減することが可能であ
る。
In the present invention, the side wall of the reaction vessel is
With a gap between the inner wall containing the
Constituted by an outer wall that surrounds Te, the Oh <br/> isosamples the side walls by interposing a heat insulating material and thermally isolated between these inner and outer walls, the heat from the heater Diffusion to the outer side wall can be suppressed. Therefore, the temperature controllability of the inner wall to be maintained at a high temperature is improved. Also, since the inner wall is grounded via the conductor and the outer wall, even if the outer wall and the inner wall are thermally separated, they are arranged inside the microwave introduction window so as to face the sample stage. The inner wall can function as a ground electrode together with the counter electrode thus formed. Since the grounding area is sufficiently ensured, it is possible to reduce damage to the counter electrode and the inner wall even when plasma processing is performed under high power conditions.

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面に基づき具体的に説明する。 実施の形態1.図1は、本発明に係るプラズマ処理装置
を示す模式的縦断面図であり、図2は図1のA部の拡大
図である。図中12は、アルミニウム又はステンレス鋼等
の金属からなる反応容器11で形成された反応室であり、
天井部は対向電極21を介してマイクロ波導入窓14によっ
て気密に封止されている。マイクロ波導入窓14は、耐熱
性及びマイクロ波透過性に優れ、しかも誘電損失が小さ
い石英ガラス(SiO2)、アルミナ(Al2 3 )等
の誘電体で形成されている。対向電極21は、アルミニウ
ム(Al)等の金属からなり、その中央部にマイクロ波
を透過させるための孔部211 を有する。また対向電極21
の縁部下面にヒータ31を備える。反応容器11の側壁下部
には、反応ガスの導入口19及び排気口20が開口されてい
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below with reference to the drawings showing the embodiments. Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a schematic vertical sectional view showing a plasma processing apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of a portion A in FIG. Numeral 12 in the figure is a reaction chamber formed by a reaction vessel 11 made of metal such as aluminum or stainless steel,
The ceiling is hermetically sealed by the microwave introduction window 14 via the counter electrode 21. The microwave introduction window 14 is formed of a dielectric material such as quartz glass (SiO 2 ) or alumina (Al 2 O 3 ) having excellent heat resistance and microwave permeability and low dielectric loss. The counter electrode 21 is made of a metal such as aluminum (Al) and has a hole 211 at the center thereof for transmitting microwaves. Also, the counter electrode 21
Is provided with a heater 31 on the lower surface of the edge portion. In the lower part of the side wall of the reaction vessel 11, an inlet 19 and an outlet 20 for the reaction gas are opened.

【0018】反応室12の上方には、一側面を除いて金属
板37で覆われた表面波電界形成室35が連設されており、
この一側面には、例えば2.45GHzのマイクロ波を発振
するマイクロ波発振器39に接続されたマイクロ波導波管
38が連結されている。表面波電界形成室35の上壁内側か
らマイクロ波導波管38の途中にわたって、誘電損失が小
さい、例えばフッ素樹脂、ポリエチレン、ポリスチレン
等の材料からなる誘電体線路36が配設されている。
Above the reaction chamber 12, a surface wave electric field forming chamber 35 which is covered with a metal plate 37 except for one side face is provided continuously.
On one side, for example, a microwave waveguide connected to a microwave oscillator 39 that oscillates a microwave of 2.45 GHz
38 are connected. A dielectric line 36 having a small dielectric loss and made of, for example, a material such as fluororesin, polyethylene, or polystyrene is provided from the inside of the upper wall of the surface wave electric field forming chamber 35 to the middle of the microwave waveguide 38.

【0019】反応室12内には、マイクロ波導入窓14と対
向するように試料台15が配設されており、その上に試料
Sを載置するようになしてある。試料台15は、試料Sを
固定保持するための静電チャック等の吸着機構、及び試
料Sを恒温保持するための恒温保持機構(例えば冷媒を
循環させる機構)を備える。また試料台15には高周波電
源40が接続されており、例えば 400kHz、2MHz、
又は 13.56MHz等の高周波が印加されるようになして
ある。
A sample table 15 is provided in the reaction chamber 12 so as to face the microwave introduction window 14, and the sample S is mounted thereon. The sample table 15 includes a suction mechanism such as an electrostatic chuck for fixedly holding the sample S, and a constant temperature holding mechanism for holding the sample S at a constant temperature (for example, a mechanism for circulating a refrigerant). A high-frequency power supply 40 is connected to the sample table 15, for example, 400 kHz, 2 MHz,
Or, a high frequency such as 13.56 MHz is applied.

【0020】以上は従来と同様であり、本発明の特徴は
以下の通りである。即ち、反応容器11の側壁のうち試料
台15よりも上側に位置する内面部分を分離し、周方向に
連続する環状の内側壁11a としてある。内側壁11a は、
反応室12に面する表面が耐食性酸化皮膜で覆われたアル
ミニウムで構成されており、その内部にはヒータ27が設
けられている。その他の側壁部分である外側壁11b は
アルミニウム又はステンレス鋼等の金属からなり、前記
内側壁11a の外側を間隙を隔てて囲繞するように設計さ
れている。
The above is the same as the prior art, and the features of the present invention are as follows. That is, the inner surface portion of the side wall of the reaction vessel 11 located above the sample table 15 is separated, and
It is a continuous annular inner wall 11a. The inner wall 11a
The surface facing the reaction chamber 12 is made of aluminum covered with a corrosion-resistant oxide film, and a heater 27 is provided therein. The outer wall 11b , which is another side wall portion ,
Ri Do a metal such as aluminum or stainless steel, wherein
It is designed to surround the outside of the inner wall 11a with a gap .

【0021】内側壁11a の下面は、外側壁11b の一部に
より直接接触しないように支持されている。この支持
は、内側壁11a の下面に対向する外側壁11b の一部に平
面視枠状の凹部111 を設け、凹部111 には断面視L字型
の絶縁材41を挿入し、該絶縁材41により内側壁11a の下
面を支えることにより実現されている。従って絶縁材41
は凹部111 の深さよりも高くなしてある。絶縁材41は
絶縁性が高く、熱伝導率が小さく、加工性に優れる材
料、例えばテフロン(登録商標)等を用い、前記内側壁
11a と前記外側壁11b とを熱的に分離する断熱材として
の作用を兼ねるべく介在させてある。絶縁材41のL字型
の内側と凹部111 とで形成される空間には、絶縁シール
材としてのフッ素ゴム又はカルレッツ(登録商標)から
なるOリング42が嵌合されている。
Inner wall 11aThe underside ofOuter wall 11bPart of
ThanAvoid direct contactSupported. This support
Of the outer wall 11b facing the lower surface of the inner wall 11a.partNihei
A recess 111 having a frame shape in a plan view is provided.
Insert insulation material 41Then, the insulating material 41 makes the inner wall 11a beneath.
Support the surfaceIt is realized by doing. Therefore insulation 41
Is higher than the depth of the recess 111. Insulating material41 is,
Materials with high insulation, low thermal conductivity, and excellent workability
Using a material such as Teflon (registered trademark), The inner wall
11a and the outer wall 11b
It is interposed so as to also serve as a function.L-shaped insulation 41
The space defined by the inside of
From fluoro rubber or Kalrez (registered trademark) as material
O-ring 42 is fitted.

【0022】また内側壁11a には、外側壁11b 側へ突出
させた銅板取り付け部43が下部に形成されており、外側
壁11b に貫挿された銅板(導電体)44の端部が、銅板取
り付け部43にワッシャ45を嵌合させたボルト46にて取り
付けられている。さらに内側壁11a と外側壁11b との間
の空間に冷却ガスを導入するための冷却ガス導入孔30a
と、冷却ガスを排気するための冷却ガス排気孔30b と
が、前記外側壁11b に形成されている。
On the inner wall 11a, a copper plate mounting portion 43 protruding toward the outer wall 11b is formed at a lower portion, and the end of the copper plate (conductor) 44 inserted through the outer wall 11b is connected to the copper plate. It is attached to the attachment part 43 by a bolt 46 in which a washer 45 is fitted. Further, a cooling gas introduction hole 30a for introducing a cooling gas into a space between the inner side wall 11a and the outer side wall 11b.
When a cooling gas exhaust hole 30b for exhausting the cooling gas are formed in the outer wall 11b.

【0023】以上の如く構成されたプラズマ処理装置に
おいて、試料Sに対してプラズマ処理を施す方法につい
て説明する。 予め試料台15を所定の温度に保持し、反応容器11の内
側壁11a をヒータ27にて所定の温度に加熱しておく。 反応室12に残留する気体を排気口20から排気した後、
導入口19から反応室12へプロセスガスを導入する。 マイクロ波発振器39でマイクロ波を発振させ、導波管
38を介して誘電体層36にマイクロ波を導入する。表面波
電界が表面波電界形成室35に形成され、その電界がマイ
クロ波導入窓14を透過して、反応室12にプラズマを発生
させる。 プラズマ発生と略同時に、高周波電源40によって試料
台15に高周波を印加し、試料S表面にバイアス電圧を発
生させる。このバイアス電圧によってプラズマ中のイオ
ンのエネルギを制御しつつ、試料Sの表面にイオンを照
射させて、試料Sにプラズマ処理を施す。
A method for performing plasma processing on the sample S in the plasma processing apparatus configured as described above will be described. The sample table 15 is held at a predetermined temperature in advance, and the inner wall 11a of the reaction vessel 11 is heated to a predetermined temperature by the heater 27. After exhausting the gas remaining in the reaction chamber 12 from the exhaust port 20,
Process gas is introduced from the inlet 19 into the reaction chamber 12. The microwave is oscillated by the microwave oscillator 39, and the
Microwave is introduced into the dielectric layer 36 via 38. A surface wave electric field is formed in the surface wave electric field forming chamber 35, and the electric field penetrates the microwave introduction window 14 to generate plasma in the reaction chamber 12. At substantially the same time as the plasma generation, a high frequency is applied to the sample table 15 by the high frequency power supply 40 to generate a bias voltage on the surface of the sample S. The surface of the sample S is irradiated with ions while controlling the energy of the ions in the plasma by the bias voltage, and the sample S is subjected to plasma processing.

【0024】本発明装置では、前記ヒータ27による加熱
が、反応容器11の内側壁11a に対してなされ、該内側壁
11a から前記絶縁材41及び冷却ガスによって熱的に分離
された外側壁11b に殆ど伝わらない。これにより加熱さ
れた内側壁11a の保温効果が高まりエネルギ効率が向上
する。しかも熱の拡散が低減されていることにより、内
側壁11a の熱制御が容易に行える。また対向電極21が、
内側壁11a 及び銅板44を介して接地される構成となして
あるので、試料台15に印加された高周波に対する対向電
極21の接地電位が安定に保たれる。従って試料台15と対
向電極21との間に所望する安定したバイアス電圧が形成
される。
In the apparatus of the present invention, the heating by the heater 27
But it made against the inner wall 11a of the reaction vessel 11, the inner side wall
Thermally separated from 11a by the insulating material 41 and cooling gas
Hardly reaches the outer wall 11b. Thereby, the heat retaining effect of the heated inner side wall 11a is enhanced, and the energy efficiency is improved. Moreover, since the diffusion of heat is reduced, the heat of the inner wall 11a can be easily controlled. Also, the counter electrode 21
Since it is configured to be grounded via the inner wall 11a and the copper plate 44, the ground potential of the counter electrode 21 with respect to the high frequency applied to the sample table 15 is stably maintained. Therefore, a desired stable bias voltage is formed between the sample table 15 and the counter electrode 21.

【0025】図3(b) に示す上部電極51(対向電極21及
び内側壁11a )と下部電極52(試料台15)との間には、
図3(a) に示す如き電位分布を有する。プラズマポテン
シャルPと各電圧との間には以下式が成立する。
Between the upper electrode 51 (the counter electrode 21 and the inner wall 11a) and the lower electrode 52 (the sample stage 15) shown in FIG.
It has a potential distribution as shown in FIG. The following equation is established between the plasma potential P and each voltage.

【0026】 |P−V1 |=K(A2 /A1 4 |P−V2 | 但し、P :プラズマポテンシャル V1 :上部電極電位 V2 :下部電極電位 A1 :上部電極面積 A2 :下部電極面積 K :比例定数| P−V 1 | = K (A 2 / A 1 ) 4 | P−V 2 | where P: plasma potential V 1 : upper electrode potential V 2 : lower electrode potential A 1 : upper electrode area A 2 : Lower electrode area K: Proportional constant

【0027】高周波高電力プロセスの場合、|V2 |が
大きくなるために|P−V2 |が上昇し、高いイオンエ
ネルギが得られ、高エッチング速度が得られる。しかし
ながら|P−V1 |が上昇することにより、対向電極21
がスパッタされてダメージを受けることがあり、コンタ
ミネーション又はパーティクルの発生につながる。そこ
で|P−V1 |を下げるためには上部電極51の面積A1
を大きくすればよいことが上式より判る。
In the case of high frequency and high power process, | V 2 | is because the larger | P-V 2 | is increased, to obtain a high ion energy, high etch rate. However, the rise of | PV 1 |
May be spattered and damaged, leading to contamination or generation of particles. Therefore, in order to lower | P−V 1 |, the area A 1 of the upper electrode 51 is reduced.
It can be seen from the above equation that it is necessary to increase.

【0028】そこで本発明では内側壁11a を対向電極の
一部として機能させるために、対向電極21と内側壁11a
とを接触させ、銅板44を介してこれらを接地する。これ
により大面積の接地電極が得られるので、高エッチング
速度を得るために高周波高電力を用いた処理においても
対向電極21が受けるダメージを最小限に抑制することが
可能である。
Therefore, in the present invention, in order to make the inner wall 11a function as a part of the counter electrode, the counter electrode 21 and the inner wall 11a are formed.
And ground them via the copper plate 44. As a result, a ground electrode having a large area can be obtained, so that damage to the counter electrode 21 can be suppressed to a minimum even in a process using high frequency and high power to obtain a high etching rate.

【0029】実施の形態2. 図4は、実施の形態2の構成を示す模式的断面図であ
り、図2と同様、図1におけるA部の拡大図となってい
る。本実施の形態では、銅板44の上に熱伝導率が低い材
料(例えばテフロン、登録商標)からなるスペーサ47を
挟み、ボルト46にて銅板取り付け部43に締結している。
また凹部111 よりも内周に別途凹部112を設けて、
の凹部112 にテフロンからなる絶縁材41を嵌合させてあ
る。この絶縁材41は、図2に示す絶縁材41と同様、前記
内側壁11a の下面を前記外側壁11bと直接接触しないよ
うに両者間に間隙を隔てて支持し、内側壁11a の下面を
前記外側壁11b との間を熱的に分離する断熱材として介
在させたものである。凹部111 にはOリング42のみが嵌
合されている。さらに外側壁11b にも銅板取り付け部48
を設け、銅板44は銅板取り付け部48にのみ貫挿させてあ
る。その他の構成は実施の形態1と同様であり、同符号
を付して説明を省略する。
Embodiment 2 Figure 4 is a schematic sectional view showing a configuration of the second embodiment, similar to FIG. 2, Ru <br/> has become enlarged view of A portion in FIG. 1. In the present embodiment, a spacer 47 made of a material having low thermal conductivity (for example, Teflon (registered trademark)) is sandwiched on a copper plate 44 and fastened to the copper plate mounting portion 43 with bolts 46.
The separately provided recesses 112 on the inner peripheral side than the recess 111, this
The insulating material 41 made of Teflon is fitted into the concave portion 112 of the second embodiment. This insulating material 41 is similar to the insulating material 41 shown in FIG.
Do not directly contact the lower surface of the inner wall 11a with the outer wall 11b.
As described above, with a gap between them to support the lower surface of the inner wall 11a.
As an insulating material for thermally separating the outer wall 11b from the outer wall 11b.
It was made to exist. Only the O-ring 42 is fitted in the recess 111. Further, a copper plate attaching portion 48 is also provided on the outer wall 11b.
Is provided, and the copper plate 44 is inserted only into the copper plate attachment portion 48. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same reference numerals are given and the description is omitted.

【0030】実施の形態1の構成では、内側壁11a の保
持温度が高い場合、銅板44が薄いために反ることがあ
る。そうすると銅板44と内側壁11a との接触面積が小さ
なって、点接触となり内側壁11a の接地が良好に行え
なくなる可能性がある。しかしながら銅板44を介して内
側壁11a の熱が外側壁11b へ拡散することを抑制するた
めには、銅板44を厚くすることは望ましくない。従って
熱伝導率が低いスペーサ47を使用することにより、外側
壁11b へ熱を逃がすことなく、対向電極21及び内側壁11
a の接地を確実に行うことができる。
In the structure of the first embodiment, when the holding temperature of the inner wall 11a is high, the copper plate 44 may be warped because it is thin. Then, the contact area between the copper plate 44 and the inner wall 11a is reduced, and a point contact is made, so that the inner wall 11a can be grounded well.
May be gone . However, it is not desirable to increase the thickness of the copper plate 44 in order to prevent the heat of the inner wall 11a from diffusing to the outer wall 11b via the copper plate 44. Therefore, by using the spacer 47 having a low thermal conductivity, the counter electrode 21 and the inner
a can be reliably grounded.

【0031】従って大面積に均一なプラズマを発生さ
せ、しかもイオンのエネルギを制御することが可能なプ
ラズマ処理装置において、側壁の温度制御が容易に行え
るので、プラズマエッチング時の選択比が向上し、高精
度な処理が行える。また側壁の加熱効率が向上するため
に経費削減につながる。さらにハイパワー条件にも耐え
得る構成を有するので、高速処理を行っても装置へのダ
メージが少ない。
Therefore, in a plasma processing apparatus capable of generating uniform plasma over a large area and controlling the energy of ions, the temperature of the side wall can be easily controlled, so that the selectivity at the time of plasma etching can be improved. High-precision processing can be performed. In addition, the heating efficiency of the side wall is improved, which leads to cost reduction. Further, since the device has a configuration that can withstand high power conditions, damage to the device is small even when high-speed processing is performed.

【0032】またOリング42が、内側壁11a と外側壁11
b とに直接接触しているので、確実に気密性を保持する
ことができる。なおこの構成は実施の形態1に適用して
もよい。
The O-ring 42 is provided between the inner side wall 11a and the outer side wall 11a.
Since it is in direct contact with b, airtightness can be reliably maintained. This configuration may be applied to the first embodiment.

【0033】[0033]

【実施例】図5に示す従来装置と、図4に示す本発明装
置とにおいて、マイクロ波パワーを1300W及び1600Wと
してエッチング処理を行った。試料は8インチのSiO
2膜が形成されたウエハであり、エッチングガスはCH
3 である。処理条件及び結果を表1に示す。
EXAMPLE In the conventional apparatus shown in FIG. 5 and the apparatus of the present invention shown in FIG. 4, an etching process was performed at microwave powers of 1300 W and 1600 W. The sample is 8 inch SiO
This is a wafer on which two films are formed, and the etching gas is CH.
F is 3. Table 1 shows the processing conditions and results.

【0034】[0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】表1より明らかな如く本発明装置において
はエッチングレートが約8%向上した。また従来装置に
おいては対向電極21及び反応容器11の側壁にダメージが
見られたが、本発明装置においてはほとんど見られなか
った。
As apparent from Table 1, the etching rate of the apparatus of the present invention was improved by about 8%. Further, in the conventional apparatus, damage was observed on the counter electrode 21 and the side wall of the reaction vessel 11, but almost no damage was observed in the apparatus of the present invention.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上のように本発明に係るプラズマ処理
装置は、反応容器の側壁を二重構造とし、内側壁と外側
壁との間に断熱材を介在させ、対向接地電極を内側壁、
導電体及び外側壁を介して接地することにより、側壁の
所要部分の高温保持性を高め、またハイパワー条件にも
耐え得る等、本発明は優れた効果を奏する。
As described above, in the plasma processing apparatus according to the present invention, the side wall of the reaction vessel has a double structure, a heat insulating material is interposed between the inner side wall and the outer side wall, and the opposite ground electrode is formed on the inner side wall.
By grounding via the conductor and the outer wall, the present invention has excellent effects, such as enhancing the high-temperature retention of a required portion of the side wall and withstanding high power conditions.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るプラズマ処理装置を示す模式的縦
断面図である。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a plasma processing apparatus according to the present invention.

【図2】実施の形態1に係る部分拡大図である。FIG. 2 is a partially enlarged view according to the first embodiment.

【図3】電圧分布を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining voltage distribution.

【図4】実施の形態2に係る部分拡大図である。FIG. 4 is a partially enlarged view according to a second embodiment.

【図5】従来のプラズマ処理装置を示す模式的縦断面図
である。
FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view showing a conventional plasma processing apparatus.

【図6】図5に示すプラズマ処理装置の部分拡大図であ
る。
6 is a partially enlarged view of the plasma processing apparatus shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 反応容器 11a 内側壁 11b 外側壁 12 反応室 14 マイクロ波導入窓 15 試料台 21 対向電極 27 ヒータ 36 誘電体線路 38 マイクロ波導波管 39 マイクロ波発振器 40 高周波電源 41 絶縁材 43 銅板取り付け部 44 銅板 45 ワッシャ 46 ボルト 47 スペーサ 11 Reaction vessel 11a Inner side wall 11b Outer side wall 12 Reaction chamber 14 Microwave introduction window 15 Sample table 21 Counter electrode 27 Heater 36 Dielectric line 38 Microwave waveguide 39 Microwave oscillator 40 High frequency power supply 41 Insulation material 43 Copper plate mounting part 44 Copper plate 45 Washer 46 Bolt 47 Spacer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−78392(JP,A) 特開 平7−335567(JP,A) 特開 平4−184924(JP,A) 特開 昭63−253629(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C23C 16/509 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-8-78392 (JP, A) JP-A-7-335567 (JP, A) JP-A-4-184924 (JP, A) JP-A-63-1988 253629 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 C23C 16/509

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ヒータが側壁に内蔵された反応容器内に
試料台が設置されており、該試料台に高周波を印加する
ことにより、前記試料台上の試料表面にバイアス電圧を
発生させた状態で、該試料に対してプラズマ処理を行う
装置において、前記反応容器の側壁は、前記ヒータを内
し、周方向に連続する導電材製の内側壁と、該内側壁
の外側を間隙を隔てて囲う外側壁とを含む二重構造をな
しており、前記外側壁と前記内側壁との間に介在させた
断熱材と、一端が前記内側壁に接続されており、他端が
前記外側壁を介して接地されるべき導電体とを備えるこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。
1. A state in which a sample stage is set in a reaction vessel having a heater built in a side wall, and a bias voltage is generated on a sample surface on the sample stage by applying a high frequency to the sample stage. in, the apparatus for performing a plasma treatment on the sample, the side wall of the reaction vessel, before Symbol a heater, circumferentially continuous conductive material made of the inner wall, the inner side wall
And form a double structure including an outer wall outside the surrounding at a gap, and the heat insulating material is interposed, one end being connected to said inner wall between said outer wall and said inner wall, And a conductor to be grounded via the outer wall at the other end.
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